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BioenergéticaEste capítulo se refiere como vamos obtener energía necesaria para poder cumplir con nuestras funciones, la energía que nosotros obtenemos es a través d la ingesta de alimentos de la dieta entonces esa es la principal fuente de energía y que en nuestro organismo a través de reacciones m...

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Bioenergética Este capítulo se refiere como vamos obtener energía necesaria para poder cumplir con nuestras funciones, la energía que nosotros obtenemos es a través d la ingesta de alimentos de la dieta entonces esa es la principal fuente de energía y que en nuestro organismo a través de reacciones metabólicas esta energía podía ser almacenada o utilizada, justamente lo que vamos ver ahora como vamos obtener esa energía (libro de teoría) Bio=vida Energética=energía necesaria para poder cumplir nuestras funciones vitales y justamente esta energía la obtenemos de los alimentos dieta Como estamos hablando de energía entonces es importante recordar conceptos necesarios de física en primer lugar termodinámica que es una ciencia especializada en lo que es la bioquímica que estudia los cambios que se producen como consecuencia de las reacciones químicas metabólicas esa es la termodinámica bioquímica esta va proporcionar las leyes los principios bioquímicos del por qué algunas reacciones químicas pueden producirse liberando energía otras reacciones se producen consumiendo energía por eso es importantes recordar las leyes de la termodinámica Los sistemas se van dividir en 2 grandes grupos: • •

sistemas no biológicos que utilizan la energía calorífica sistemas biológicos que son los que vamos estudiar nosotros porque dentro está el ser humano que son sistemas isotermo que quiere decir condiciones de calor constante 37°C se van realizar producir todas estas reacciones metabólicas

De acuerdo a la fuente de energía que van utilizar los organismos vivos biológicos se clasifican en 2 grandes grupos: •

autótrofos son organismos vivos la mayor parte de ellos vegetales o animales unicelulares obtienen su energía a partir de moléculas simples, fotótrofos utilizan como fuente de energía el sol la energía solar va producir el impulso para que se produzca las reacciones químicas a partir de materia inorgánica (vegetales) quimiotrofos obtienen energía a través de la oxidación de compuestos orgánicos simples (bacterias parásitos)

No nos interesa mucho porque el hombre no esta ahí, están los vegetales, bacterias que van utilizar compuestos simples como fuente de energía •

heterótrofos (aquí esta el ser humano) a su vez se subdividen en: carnívoros y herbívoros y el ser humano esta al medio de los 2 y recibe le nombre de omnívoros, obtienen la energía a través dela oxidación de compuestos orgánicos complejos

con la velocidad con la que se libera energía se mide a través de una reacción tasa metabólica esta tasas se encuentra controlada a través de las hormonas tiroideas, porque si tenemos problemas para la liberación de hormonas tiroideas sucede 2 alteraciones hiper y hipotiroidismo pasa que si las hormonas se liberan a una velocidad baja el metabolismo es

lento y como consecuencia del metabolismo lento tenemos la tendencia a engordar por que le vamos dar tiempo al organismo a almacenar absolutamente todo lo que ingreso por la dieta en cambio en el hipertiroidismo el metabolismo es rápido entonces como los compuestos tratan de metabolizarse rápidamente necesitamos mayor cantidad de energía para poder metabolizar rápidamente, mientras más rapido es el metabolismos e va disminuir la posibilidad de engordar a pesar de que las 2 personas consuman lo mismo Entonces esta velocidad de liberación de energía se mide a través de la tasa metabólica y esta está controlada por hormonas tiroideas Tratamiento para hipotiroidismo es hormonal y para hipertiroidismo no hay tratamiento Los alimentos que son nuestro combustibles nuestra gasolina van sufrir una serie de reacciones químicas que reciben el nombre genérico de reacciones redox (reacciones de oxido reducción) para obtener energía vamos degradar las moléculas complejas y vamos obtener moléculas simples catabolismo, esas moléculas simples en última instancia CO2 H2O y energía este es el producto de las reacciones metabólicas químicas energía en forma de ATP, estas reacciones de redox se producen la mayoría en 100% de estas reacciones se produce dentro de un organelo celular conocido con el nombre de mitocondria, hay células que obtienen su energía de forma anaeróbica porque en lo GR no hay mitocondrias entonces vamos estudiar específicamente a los eritrocitos por que al no tener mitocondrias la reacción es totalmente diferente no entro de la bioenergética porque lo que vamos ver ahora es que sucede como se obtiene la energía en las mitocondrias Las hormonas tiroideas: tenemos 2 situación extremas por lado la obesidad (aumento de la masa corporal como consecuencia de almacenamiento elevado de los excedentes energéticos=tendremos exceso de energía almacenado) y por otro lado tenemos la inanición (agotamiento de las reserva de energía disponibles) “en términos de energía” ¿Qué es metabolismo basal? Metabolismo normal en condiciones de reposo y ayunas, medida de gasto diario de energía en estado de reposo y sin consumir alimentos Este metabolismo basal puede ser calculado a través de 2 mecanismos: 1. calorimetría directa en la que vamos medir directamente el calor liberado por que todas las reacciones metabólicas en nuestro organismo en última instancia las que liberan energía me liberan en forma de calor 2. calorimetría indirecta en ves de medir el calor liberado va medir el O2 consumido si bien no estamos hablando de metabolismo basal pero esto es fácil de comprender cuando realizamos ejercicio físico por que consumimos mayor cantidad de energía esto se sabe cuando aumenta la temperatura por que comenzamos a transpirar entonces esta perdiendo energía calorífica en forma de transpiración este sería un calorimetría directa cuando hacemos ejercicio también necesitamos O2 comenzamos a hiperventilar (metabolismo en estado de ejercicio físico) el simple hecho de caminar normal ¿ y que cantidad de anergia si hablamos de tasa metabólica basal la tasa equivalente metabólica se refiere a la medida de gasto energético? Y una caminata normal produce el consumo del 2 a 4 veces del metabolismo basal la

tasa metabólica basal por hora, si trotamos o corremos esta tasa metabólicas puede aumentar a mas de 15 veces de consumo de energía basal por hora MET (tasa de equivalentes metabólicos) Algunos relojes nos determinan calorías consumidas por que tienen algunos sensores 4 estos 4 va determinar tasa de equivalentes metabólicas basales cuando estamos durmiendo… va multiplicar con la FR y FC por que sintió la FR alta esto esta provocando el consumo de energía, a través de calor liberado FC y FR Leyes de la termodinámica: 1. ra ley la energía no se pierde ni se gana simplemente se transfiere o se transforma 2. da ley entropía (aleatoriedad) un sistema es aleatorio la entropía de un sistema aumenta cuando el proceso ocurre de manera espontanea si hablamos de que los sistemas el metabolismo produce la liberación y consumo de energía en forma de calor ahora le vamos dar otro nombre a las reacciones catabólicas y anabólicas cuando hablamos de energía, al hablar de energía catabolismo es degradación este va provocar la liberación de energía y estas reacciones químicas que me liberan energía se llaman reacciones excergoricas este me quiere decir que libera energía mientras que las reacciones anabólicas que son reacciones de síntesis consumen energía es decir para formar un compuesto complejo necesito energía y estas reacciones que consumen energia reciben el nombre de endergonicas, endo consumo y exo liberación de energía Esta energía se libera en forma de fosfatos de alta energía el principal fosfato de alta energía es el ATP está formado por un nucleótido que es la adenina (los nucleótido se pueden interconvertirse) unida a un hidrato de carbono que es la ribosa y finamente 1 2 3 fosfato ya sea ATP ADP y ANP adenosina monofosfato, estos fosfatos de alta energía son conocido como las monedas metabólicas la moneda metabólica más frecuente es el ATP todas las células de nuestro organismo son capaces de utilizar esta energía en forma de ATP, pero hay células que solamente van usar su moneda diferente típica de esas células pero todas son capaces de utilizar ATP El metabolismo puede liberarme energía almacenar energía a través e la síntesis de lo que se conoce como intermediarios de alta energía esos intermediarios de alta energía son: • • •

glucosa 6 fosfato fructosa 6 fosfato glucosa 1 fosfato

Cada una libera por eso tiene carga negativa perdiendo energía su degradación produce liberación de energía que puede ser en kilocalorías (4.12 kilojhuls) o kilojhuls, al centro tenemos el ATP ADP ANP y los mas altos son la fosfocreatina que esta en los músculos esqueléticos, el glicerato, el carbonoilfosfato y el fosfoenolpiruvato el que me libera mayor cantidad de energía ¿Cómo se produce la liberación de energía? Por qué se rompe un enlace fuerte fosfoanidro por eso la ruptura de enlace el ATP se convierte en ADP si el ADP si sigue perdiendo energía se convierte en ANP y puede todavía

perder un tercer fosfato y se convierte en fosforo inorgánico entonces cada ruptura de enlace fosfoanidro produce la liberación de energía y esta energía va ser utilizad en reacciones químicas Funciones que cumplen los fosfatos de alta energía son la principal fuente de energía para las funciones celulares, pero además estos fosfatos transportan macromoléculas a traves de las membranas celulares o subcelulares El ATP es un fosfato de alta energía que permite al organismo actividades pero cortas, el ATP se acaba rápidamente no tenemos nosotros almacenada la energía en forma de ATP nosotros tenemos almacenado la energía en forma de compuestos grandes macromoléculas glucógeno triglicéridos proteínas poca cantidad de energía está en forma de ATP, nosotros vamos usar este ATP cuando hagamos ejercicio físico pero rápido corto aquí están los corredores de velocidad en 100metros se acaba en ATP pero podemos alcanzar velocidades importantes en 10 seg se acaba el ATP, si nosotros vamos realizar ejercicio intenso 400 metros la fuente de energía va se el sistema del ácido urato (ácido láctico) y si vamos hacer ejercicio de fondo vamos hacer una maratón de 18kilometros vamos tener una resistencia aeróbica y las fuentes de energía son diferentes (degradación delas grasas) Cualquier proceso que bloquee la producción de ATP va provocar una muerte rápida por eso el arsénico y el cianuro son letales porque bloque la formación de ATP, la creatina proteína muscular recicla el fosfato liberado por el hidrolisis manteniendo constante la energía principal proteína del musculo esquelético a través de la cual vamos poder realizar la resistencia aeróbica El ATP no se almacena en su estado natural sino en productos intermedios puede ser glucógeno en los animales y almidón en los vegetales o compuestos mas energéticos como los lípidos ¿De donde obtenemos estos fosfatos de alta energía? Fuentes • • • •

Fosforilacion oxidativa jueves Ciclo de Krebs martes Glucolisis (ciclo de acido láctico con la formación de lactato) La creatina se convierte en fosfocreatina

A través de un proceso que se denomina ejercicio anaeróbico lo que sucede en los GR sin la presencia de oxigeno es muy rápido pero de corta duración …………………………………………………………………………………………………………………………………………… Oxidaciones biológicas Tanto en metabolismo vegetal y animal están directamente relacionadas por que los seres humano estamos dentro del grupo de los heterotropos pero además al medio de los heterótrofos carnívoros y los heterótrofos herbívoros entonces estamos relacionados con ambos tipos de actitudes de reacciones químicas que se utilizan para la síntesis liberación obtención de energía

¿Cómo se va relacionar el metabolismo animal y vegetal? Aquí tenemos un ciclo en la que vamos ver claramente cuál es la relación que existe entre ambos tenemos un proceso que recibe el nombre de fotosíntesis (consiste en que los vegetales utilizan la energía proveniente del sol para poder unir a través de la clorofila unir el CO2 al H2O y formar compuestos simples se va formar específicamente glucosa, esta planta va formar glucosa y va liberar O2, la planta va almacenar esta glucosa en forma de almidones pero no solamente la plantita almacena glucosa si no que a partir de esta glucosa también va formar glúcidos complejos y que solo pueden ser sintetizados en el reino vegetal, este glúcido que va formar toda la estructura raíces hojas tallo se llama la celulosa, entonces a partir de la glucosa se va formar por un lado glucosa y por otro lado se va formar el hidrato de carbono de almacén de los vegetales que recibe el nombre de almidón, existen obviamente hidratos de carbono intermedio como por ejemplo la fructosa azúcar de las frutas, la inulina por eso los hidratos de carbono van producir glúcidos más O2 Nosotros cono seres humanos vamos consumir estos hidratos de carbono glúcidos y vamos absorber a través de la respiración el O2 ambiental que a sido liberado por los vegetales en un proceso de respiración celular que se produce en las mitocondrias, entonces nosotros vamos ser capaces de utilizar estos hidratos de carbono unirlo al O2 y obtener energía en forma de ATP adenosis trifosfato. Cuando unimos los hidratos de carbono al O2 con la finalidad de obtener energía liberamos CO2 + H2O completándose de esta manera el ciclo, todo este proceso de respiración y utilización de los compuestos orgánicos lípidos proteínas hidratos de carbono principalmente se realiza a través de una serie de reacciones químicas conocidas con el nombre de oxidación, las reacciones químicas son reacciones redox en las que siempre va ver un compuesto que se oxida y otro compuesto que se reduce pero estas reacciones químicas de oxido reducción oxidación no son reacciones que se van en una sola fase si no se va realizar en etapas, y tenemos un compuesto poco oxidado que al unirse al O2 en pasos consecutivos va ir liberando pequeños fragmentos en pequeñas porciones la energía contenida en la molécula original es decir para que la glucosa se convierta en energía (no nos olvidemos que esta almacenada en forma de glucógeno hepático, este glucógeno hepático va ir liberándome paulatinamente glucosa en cada una de las reacciones de las vueltas me va liberar una cantidad determinada de glucosa que a entrar a estos procesos de fosforilacion oxidativa cadena respiratoria de la mitocondria y finalmente ciclo de kresb para liberarnos energía en forma de ATP siempre vamos tener pasos sucesivos consecutivos hasta que obtengamos la energía necesaria, esta energía liberada en forma de adenosisi trifosfato va servir para realizar el trabajo celular voluntario e involuntario y una parte de esta energía va ser almacenada. Principales Reacciones de óxido reducción estas reacciones sucesivas con el objeto de obtener energía son reacciones redox de óxido reducción entonces siempre va ver una molécula que se oxida y otra molécula que se reduce. La oxidación está definido como la pérdida de electrones Reducción está definido como la ganancia de electrones Las principales enzimas oxidoreductasas en nuestro organismo que reciben el nombre de oxidoreductasas son:

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Oxidasas hidrogenasas hidroperoxidasas oxigenasas

Todas estas enzimas oxidoreductasas son muy importantes dentro del metabolismo de nuestro organismo por que pueden producir desencadenar reacciones químicas que terminan con la formación de radicales libres ahí radica la importancia del estudio de las reacciones de óxido reducción, están pueden provocar la liberación de radicales libres Oxidasas: son enzimas que necesitan un grupo prostético necesitan de una coenzima (no es una coenzima precisamente sino que es una molécula pequeña ion metálico si esta enzima no tiene ion metálico no puede funcionar) entonces tiene un grupo prostético que es sl cobre que catalizan el transporte de H utilizando como receptor el O son capaces de formarme agua que no tenemos problema pero también me pueden formar agua oxigenada (peróxido de H) ya vamos ver que el peróxido de H es un radical libre, entonces tenemos un compuesto reducido y tenemos un compuesto oxidado me puede formar agua más media molécula de O2, el O2 cuando está libre me forma radicales libre ahí radica importancia el estudio de estas enzimas oxidoreductasas me va producir que el metabolismo me libere radicales libres también me puede formar molécula completa de O2 pero peróxido de H Dentro de las oxidasas están son las principales enzimas las citocromosidasas componentes de la cadena respiratoria de la mitocondria, las flavo proteínas FMN (flavina mononucleotidos o mononucleotido de flavina) FAD (flavina dinucleotido de adenina o dinucleotido de adenina y flavina) entonces son coenzimas oxidoreductasas Antidooxidasas importantes en la degradación de ácidos nucleicos sobre todo en la degradación de uracilo, la glucosa oxidasa importante en la degradación de hidratos de carbono principalmente glucosa y otras enzimas menos importantes las fenolasas las lacasas las uricasas las monoaminooxidasas de todas estas la más importante es la uricasa por que es la que degrada en ácido urico y produce toda la sintomatología de la artritis gotosa Deshidrogenasas: transportan H a través de moléculas acarreadoras de H y lo unen a otro compuesto diferente al O2, entonces transfirieren el H de un sustrato a otro diefrente de O2 a través de reacción de oxido reducción, se utilizan para que puedan transportar este H moléculas acarreadoras de H son importantes por que intervienen en la cadena respiratoria de la mitocondria transportando electrones hasta que en la etapa se une al O2 es decir las deshidrogenasas actúan en las primeras fases de la cadena respiratoria de la mitocondria (componente inicial de la cadena respiratoria de la mitocondria) en cambio las oxidasas actúan en la ultima fase de la cadena respiratoria de la mitocondria (componente terminal de la cadena respiratoria de la mitocondria) , interviene las dos Estas deshidrogenasas también son dependientes de coenzimas y dependen de las coenzimas de nicotidamida pero también depende de las coenzimas de rivoflavina Cuando hablamos de la cadena respiratoria de la mitocondria vamos ver que forma parte como vamos ver citocromo que es lo que hacen es transportar electrones a través de la cadena respiratoria de la mitocondria, la cadena respiratoria de la mitocondria no es otra cosa que una serie de reacciones de oxido reducción

Hidroperoxidasas: forman peróxido de H, entonces utilizan el peróxido de H como sustrato (acabamos de ver que las oxigenasas lo que hacen es formar peróxido de hidrógeno pero si yo que mi organismo a través de reacciones de oxido reducción libera peróxido de H tendré que tratar de protegerme, es justamente que la hidroperoxidasas las que tratan de protegerme al organismo de la intoxicación de peróxido de H, lo que vamos hacer es utilizar peróxido de H como sustrato existen 2 tipos de hidroperoxidasas las peroxidasas que reducen el peróxido de H y me liberan agua y las catalasas que utilizan el peróxido de H como donador y aceptor de electrones es decir que en el primer caso utilizan una sola molécula de peróxido de H en cambio en este caso utilizan 2 moléculas de peróxido de H, entonces se van formar 2 moléculas de agua mas O2, las peroxidasas reducen los peróxidos por medio de varios aceptores de electrones en cambio las catalasas usan el peróxido como donador y como aceptor de electrones Oxigenasas: catalizan la transferencia directa y la incorporación de moléculas de O2 en cualquier sustrato nuevamente hay 2 tipos de oxigenasas las dioxigenasas (incorporar todo la molécula de O2 es decir los 2 átomos de O2 en una molécula de sustrato) y las monooxigenasas (incorpora un solo átomo de O2estas son las peligrosas para nuestro organismo por que al incorporar al romper la molécula de O2 me van producir la liberación de oxidrilo), las monooxigenasas al incorporar solamente un atomo de O2 me produce la liberación de oxidrilo y nuestro organismo no tiene sistemas enzimáticos encargados de degradar destruir eliminar el oxidrilo formado lo que significa que el radical libre mas toxico es el oxidrilo (pregunta de examen) Clínica Formación de los radicales libres: ¿Qué son? Son moléculas muy reactivas fácilmente reaccionan cuando se encuentran unidos frente a otras moléculas,...